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钱柜777正式官网·美欧航天局都在研究“冬眠”术 关键是怎样保证冬眠技术的安全性?

钱柜777正式官网·美欧航天局都在研究“冬眠”术 关键是怎样保证冬眠技术的安全性?

2020-01-11 08:32:31

钱柜777正式官网·美欧航天局都在研究“冬眠”术 关键是怎样保证冬眠技术的安全性?

钱柜777正式官网,在科幻电影《流浪地球》中,领航员空间站中的宇航员们可以在危机时刻休眠。其实,这并非只是一个幻想,而是全球宇航员的真实愿望,从登上飞船就倒头大睡,一觉醒来已到达目的地,太空旅行就像乘坐高铁软卧那样“夕发朝至”,岂不美哉!

但是,怎样才能使宇航员在健康状态下长期熟睡?如果人类能像熊一样冬眠几个月,这一问题就迎刃而解了。事实上,美国国家航空航天局(nasa)、欧洲航天局(esa)都在研究控制宇航员“冬眠”的载人深空探测技术。

日前,esa就提出了一个从地球一路“睡到”火星的载人探测概念。那么,宇航员冬眠究竟有什么好处?又面临哪些困难呢?

众所周知,深空探测飞行距离远,时间动辄数月甚至以年计,宇航员面临长期宇宙辐射、肌肉流失、旅途寂寞等身心健康问题,而飞行中的食品、饮水、氧气等大量的物资消耗也将显著增加任务成本。这些都是限制人类将足迹迈向深空的未解难题。

近年来,科学家们发现,与其研究更先进的火箭和飞船,不如通过让宇航员冬眠,使上述难题“消于无形”。

首先需要澄清的是,冬眠不是冷冻,只是通过适当降低体温,使宇航员的新陈代谢变得“迟钝”,这带来的第一个好处就是物资消耗减少。同时,冬眠的宇航员不需要太大的活动空间,整个航天器的体积和质量可以大幅度减小,辐射防护的技术难度显著降低,节约整个任务的能源消耗、成本投入。更重要的是,冬眠能够消除宇航员执行任务中的紧张感和孤独感,而且冬眠的宇航员几乎不会出现肌肉流失。

欧洲航天局(esa)认为“可控的冬眠是载人太空飞行中一种改变游戏规则的技术”,并且成立了专门从事相关研究的“专题小组”,希望使其成为现实。日前,专题小组研究了将冬眠技术用于载人探测火星任务的可行方案,设计了初步的航天器冬眠居住模块草图。研究发现,通过宇航员冬眠,航天器的质量可以减少三分之一。

根据esa提出的方案,和有冬眠习性的动物类似,宇航员在进入冬眠前要先“增脂”以储存能量。之后通过服用一种特殊药物进入“麻木”的冬眠状态,随之舱室的亮度变暗、温度大幅度降低以将宇航员身体“冷却”。一般情况下,从地球到火星需要飞行180天左右,宇航员需要提前苏醒,度过至少21天的休养期。

根据esa公布的草图,整个冬眠居住模块为圆柱形,直径仅有5.9米,高度仅为5.33米,拥有生命保障、居住、储藏、工作等9个系统隔间,能够满足6名宇航员需求。如果不使用冬眠技术,整个居住模块的直径和高度要达到8—9米,体积达到前者的3倍。

esa希望能在未来20年实现载人冬眠火星探测。愿景虽好,但拦在路上的重重技术障碍却不可小觑。

宇航员冬眠一个月、半年甚至一年后在太空中的某个地方醒来,肯定会感到陌生、震惊和恐惧,心理影响需要消除。

更关键的是,怎样保证冬眠技术的安全性?既要绝对保证宇航员准时醒来,又要防止冬眠对宇航员身体造成严重损伤。熊在冬眠时能够回收尿液和蛋白质,有的动物具备恒温唤醒功能,可以根据周围环境温度和心率周期来中断他们的冬眠状态。人类并没有自然冬眠习性,如何解决这些问题还不得而知。

同时,假如所有宇航员都将在很长一段时间内丧失行动能力,整个任务只能依靠航天器自主运行。在宇航员苏醒前,航天器要保障自身绝对安全,这需要人工智能等新兴技术的深度嵌入,解决航天器自主故障检测、隔离、恢复等难题。

冬眠(又名‘冬蛰’)是一种状态,在这种状态中一种极端的但被调节的体温、代谢和其它生理活动的下降,作为对减少能量消耗的适应。这种定义已不包括变温有机体对环境温度下降而发生被动反应时的季节性或昼夜的蛰伏。因而,真正的冬眠限于鸟类和哺乳类动物。冬眠的物种大致可分成两类即主动式冬眠动物和被动式冬眠动物,后者如仓鼠,外部因素,包括光周期,食物和外界温度对这种冬眠周期事件的定时起主要作用。

冬眠时,动物的神经已经进入麻痹状态。有人曾用蜜蜂进行试验,当气温在7~9℃时,蜜蜂翅和足就停止了活动,但轻轻触动它时,它的翅和足还能微微抖动;当气温下降到4~6℃时,再触动它却没有丝毫反应,显然它已进入了深沉的麻痹状态;当气温下降到0.5℃时,它则进入更深沉的睡眠状态。由此可见,冬眠时神经的麻痹深度是与温度有密切关系。

另外,冬眠时,动物体温显著下降。据研究,黄鼠在130个昼夜的冬眠时间中,共放出70卡热量,但冬眠过后的13.7个昼夜中,就能放出579卡热量。一般来说,动物在冬眠过程中,每昼夜只能放出0.5卡热量,但在它苏醒后,兴奋的时候,每昼夜则能放出42卡热量。由此可见,冬眠动物体温下降时,机体内的新陈代谢作用变得非常缓慢,所以仅仅能维持它的生命。

动物皮下脂肪,一方面可以保持体温,更重要的是供给冬眠时体内的消耗。一般动物在冬眠前的体重,都比平时增加1~2倍,冬眠之后,体重就逐渐减轻。如冬眠163天的土拨鼠体重减轻35%;冬眠162天的蝙蝠体重可以减少33.5%。

动物在冬眠时,血细胞还会大大减少。平时,1立方毫米土拨鼠血液中,会有12180个白细胞,但冬眠时平均只有5950个。然而,让人奇怪的是,尽管体内“卫士”──白细胞大大减少,但冬眠动物却从来没有发现生病的。

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